Το καθολικό της μονής Αγίου Παύλου τιμάται στην Υπαπαντή του Κυρίου. Είναι ένα από τα νεότερα καθολικά του Αγίου Όρους καθώς η οικοδόμησή του άρχισε το 1816, διεκόπη από τα δραματικά γεγονότα της Επανάστασης και ολοκληρώθηκε το 1844. Αποτελεί ένα εξαιρετικό δείγμα των σχεδιαστικών και κατασκευαστικών δυνατοτήτων των αρχιτεκτόνων και των οικοδομικών συνεργείων των αρχών του 19ου αιώνα που δραστηριοποιούνται σε όλον τον ευρύτερο χώρο της Ανατολικής Μεσογείου, εκφράζοντας με δυναμικό τρόπο μία εποχή οικονομικής αλλά και πνευματικής ανάτασης του Ελληνισμού. Πρόκειται για έναν εξολοκλήρου νέο ναό που χωροθετήθηκε σε διαφορετική θέση, νοτίως του παλαιότερου καθολικού που κατεδαφίστηκε. Απετέλεσε μέρος ενός ευρύτερου οικοδομικού προγράμματος αναμόρφωσης και επέκτασης της Μονής κατά τις πρώτες δεκαετίες του 19ου αιώνα. Αποτελεί δείγμα μίας εξαιρετικής ναοδομικής δραστηριότητας, κατά την οποία κατασκευάζονται στο Άγιον Όρος, αλλά και αλλού, ναοί υψηλών προθέσεων που αναδιαπραγματεύονται τους παραδοσιακούς ναοδομικούς τύπους μέσα στο πνεύμα των αναζητήσεων των αρχιτεκτόνων της περιόδου εκείνης. Στους ναούς αυτούς συνυπάρχουν βασικά στοιχεία της βυζαντινής αρχιτεκτονικής με τυπολογικά και μορφολογικά στοιχεία του ευρωπαϊκού και οθωμανικού μπαρόκ, καθώς και του αναφυόμενου νεοκλασικισμού, που ειδικά για τους Έλληνες εκφράζεται με την ιδέα της εθνικής αναγέννησης. Τυπολογικά, ο ναός αποτελεί μία παραλλαγή του αθωνικού τύπου με πολλές καινοτομίες. Η σημαντικότερη από αυτές είναι η ενοποίηση του χώρου του κυρίως ναού με τον νάρθηκα, καθώς καταργείται ο μεταξύ τους διαχωριστικός τοίχος. Ο νάρθηκας διαμορφώνεται με επανάληψη της τυπολογίας του κυρίως ναού ως ένας σταυροειδής εγγεγραμμένος χώρος με τρούλο ίσης διαμέτρου με τον κεντρικό. Ο συνολικός σχεδιασμός του ναού είναι ενιαίος. Η δυτική κεραία του και τα γωνιακά της διαμερίσματα αποτελούν ταυτόχρονα την ανατολική κεραία του σταυροειδούς τρουλαίου νάρθηκα. Με τον τρόπο αυτό δίνεται μία αίσθηση ευρυχωρίας, η οποία επιτείνεται από την χρήση των κιόνων, καθώς σε όλο το μήκος του ναού έχουμε πέντε ζεύγη κιόνων. Καινοτομία αποτελεί και η τοποθέτηση τρούλου στην ανατολική καμάρα, μπροστά από την κεντρική αψίδα του ιερού Βήματος, που εφαρμόστηκε αρχικά στα καθολικά των Ιερών Μονών Ξηροποτάμου και Ξενοφώντος. Ο τρούλος αυτός εδράζεται απευθείας στην καμάρα με έναν ευρηματικό τρόπο, άγνωστο στην οικοδομική της βυζαντινής και μεταβυζαντινής περιόδου. Μικρότεροι τρούλοι υπάρχουν πάνω από την πρόθεση και το διακονικό, στα δυτικά γωνιακά διαμερίσματα του νάρθηκα. Ο νάρθηκας περιβάλλεται από ανοικτό κιονοστήρικτο περίστωο σχήματος Π, που απολήγει σε δύο όμοια τρουλαία παρεκκλήσια. Οι κόγχες των δύο παρεκκλησίων ενσωματώνονται στους τοίχους των πλαγίων κογχών του κυρίως ναού. Συνολικά, το κτηριακό συγκρότημα του καθολικού διαθέτει εντυπωσιακά σύνθετη θολοδομία, η οποία κορυφώνεται σε εννέα συνολικά τρούλους. Είναι μία ιδιαίτερα απαιτητική κατασκευή που υλοποιήθηκε με υψηλές τεχνικές και κατασκευαστικές προδιαγραφές. Όλες οι εξωτερικές του επιφάνειες, εκτός από τους τρούλους, είναι καλυμμένες με λευκή πέτρα, ενώ ιδιαίτερα εκτεταμένη είναι η χρήση λαξευτών διακοσμητικών στοιχείων από λευκό μάρμαρο που ζωογονούν το κτίριο. Μαρμάρινες ταινίες περιβάλλουν τις θύρες και τα φωτιστικά ανοίγματα, καθώς και τα γείσα της οροφής. Επίσης, μία ταινία περιτρέχει τον ναό στη βάση της τοιχοποιίας, ορίζοντας μία κρηπίδα. Η χρήση του μαρμάρου κυριαρχεί και στο εσωτερικό του ναού στα βασικά αρχιτεκτονικά γλυπτά, τους κίονες και τα κιονόκρανα. Η χρήση του μάρμαρου επεκτείνεται και στον εξοπλισμό που φιλοτεχνήθηκε από τηνιακούς γλύπτες. Το τέμπλο και τα προσκυνητάρια είναι έργα του Ιω. Λυρίτη και ολοκληρώθηκαν το 1901. Τόσο ο πρωτοποριακός για την εποχή σχεδιασμός, όσο και η περίτεχνη υλοποίησή του κατατάσσουν το καθολικό της Μονής ανάμεσα στα σημαντικότερα αρχιτεκτονικά δημιουργήματα του ελληνισμού στο πρώτο μισό του 19ου αιώνα. Ο ναός παραμένει μέχρι σήμερα χωρίς εντοίχιο διάκοσμο καθώς μετά την οικοδόμησή του δεν υπήρξαν οι κατάλληλες συνθήκες για να τοιχογραφηθεί. Εξαίρεση αποτελεί το νότιο παρεκκλήσιο, στον τρούλο του οποίου τοιχογραφήθηκε ο Χριστός Παντοκράτωρ περιβαλλόμενος από αγγελικές δυνάμεις. Πρόκειται για μια αξιοπρόσεκτη εργασία αγιορειτικού εργαστηρίου που πραγματοποιήθηκε στο δεύτερο μισό του 19ου αιώνα. Η τοιχογραφία αυτή δείχνει ότι υπήρξε πρόθεση τοιχογράφησης του καθολικού η οποία, για άγνωστους λόγους, δεν είχε συνέχεια.
